面试题：网络编程中select、poll、epoll线程安全性的基础差异

Question

请简述select、poll、epoll在多线程环境下的线程安全性，说明它们在使用时可能遇到的线程安全问题及原因。

Answer 1

select

1. 线程安全性简述：
   • select 函数本身不是线程安全的。在多线程环境下，如果多个线程同时调用 select 函数，可能会导致不可预测的行为。
2. 可能遇到的线程安全问题及原因：
   • 文件描述符集合冲突：select 使用 fd_set 来管理文件描述符集合。如果多个线程同时修改这个集合，比如添加或删除文件描述符，会导致 fd_set 内容不一致。例如，线程 A 在向 fd_set 中添加文件描述符，而线程 B 同时在从 fd_set 中删除文件描述符，这就会使 fd_set 的状态变得混乱，进而影响 select 函数对文件描述符状态的正确判断。
   • 内部数据结构竞争：select 函数内部维护一些数据结构来管理和判断文件描述符的状态。多线程并发调用 select 时，可能会竞争访问这些内部数据结构，导致数据损坏或错误的返回结果。

poll

1. 线程安全性简述：
   • poll 函数本身也不是线程安全的。多线程同时调用 poll 函数，同样可能引发各种问题。
2. 可能遇到的线程安全问题及原因：
   • pollfd 数组竞争：poll 函数使用 pollfd 数组来指定要监控的文件描述符及其事件。当多个线程同时对这个数组进行操作，如修改其中元素的事件掩码、添加或删除数组元素时，会发生竞争条件。例如，线程 X 正在修改某个 pollfd 元素的事件掩码，而线程 Y 同时在删除该元素，这会导致 poll 函数无法正确处理该文件描述符的事件，可能遗漏事件或误判事件状态。
   • 内部状态竞争：poll 函数内部维护的状态信息，如对每个文件描述符的监控状态等，在多线程并发访问时，可能会因为竞争而导致状态不一致，进而影响 poll 函数对文件描述符事件的准确返回。

epoll

1. 线程安全性简述：
   • epoll 函数在一定程度上具有更好的线程安全性，但并非完全线程安全。epoll_create、epoll_ctl 和 epoll_wait 这几个函数需要正确使用才能保证一定的线程安全。
2. 可能遇到的线程安全问题及原因：
   • epoll 实例竞争：如果多个线程同时对同一个 epoll 实例调用 epoll_ctl 函数，会发生竞争。例如，线程 1 调用 epoll_ctl 添加一个文件描述符，而线程 2 同时调用 epoll_ctl 删除同一个文件描述符，这可能导致 epoll 实例内部数据结构不一致，无法正确管理文件描述符。
   • epoll_wait 竞争：当多个线程同时调用 epoll_wait 等待事件时，如果在等待过程中，其他线程对 epoll 实例进行了修改（如添加或删除文件描述符），可能会导致某个线程获取到不完整或错误的事件通知。例如，线程 A 在 epoll_wait 等待，线程 B 此时添加了一个文件描述符并触发了事件，由于竞争，线程 A 可能没有正确获取到该事件通知，或者获取到的事件信息不准确。